严寒地区集装箱活动房的热工性能(1)

2013年7月16日

受运输条件限制，集装箱活动房通常采用内保温形式。干货箱结构的活动房内保温层材料与内装修材料一般合二为一。例如，采用金属面的聚苯乙烯、聚氨酯和岩棉等夹心板进行装饰，或在泡沫塑料板表面贴石膏板或各类装修板等。内保温形式的箱体容易出现热桥现象，需要做适当处理，防止结露和发霉影响室内环境。本文以金属面保温夹心板为例，分析严寒地区集装箱活动房的热工性能。

1、工况概述

为适应严寒地区的使用环境，以我国呼玛（严寒地区A区）冬季室外计算参数为依据。集装箱活动房属轻型结构体系，其热惰性指标D值较小，一般小于2.5，多数小于1.5。围护结构冬季室外计算温度t_e＝-47℃（Ⅳ类），室内计算温度t_i＝18℃，平均相对湿度Ψ_i＝60%，露点温度t_d＝10.13℃。箱体底部为防潮湿采用水泥墩架空，因此，除箱体前后、左右和顶部与室外空气直接接触外，底部也与室外空气直接接触。

2、最小传热阻和节能传热阻

最小传热阻是指在特定的室外计算温度和室内计算温湿度条件下，允许采用的围护结构传热阻的下限值。确定最小传热阻的目的是确保围护结构内表面温度不低于室内空气露点，从而防止结露，同时避免因人体与围护结构内表面之间辐射换热过多引起的不适感。设室内空气与外墙内表面的允许温差[△t₁]=6℃，室内空气与屋面内表面的允许温差[△t₂]=4℃，温差修正系数η=1.00，围护结构内表面换热阻R_i=0.11m²·K/W，则

外墙最小传热阻

屋面最小传热阻

为提高能源利用效率，围护结构的传热阻还应符合有关节能标准的要求。按我国《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2005）规定，严寒地区A区的屋面传热系数K≤0.30W（/m²·K）（即R_o≥3.33m²·K/W），外墙和架空楼板传热系数K≤0.40W（/m²·K）（即R_o≥2.50m²·K/W）。通过比较可见，集装箱活动房的围护结构应按节能传热阻校核热工性能。

3、外墙和屋面内保温方案的热工性能比较

为满足墙面和天花板的耐火极限不小于45min的要求，室内采用厚度不小于75mm的金属面岩棉夹心板进行装饰。外墙内保温方案见图1和图2。方案1采用厚度为150mm的金属面岩棉夹心板直接装饰，其插接槽口龙骨为PVC型材，门窗框钢骨架部位垫厚度为75mm的胶合板；方案2预先在金属外侧板内面粘贴厚度为75mm的聚苯乙烯泡沫板，然后在室内装饰厚度为75mm的金属面岩棉夹心板，其插接槽口龙骨为PVC型材，夹心板直接覆在门窗框钢骨架上。

单一保温截面

图1 单一保温截面（方案1）

多层保温截面

图2 多层保温截面（方案2）

钢板是热的良导体，其热导率λ=58.2W/（m·K）。在建立外墙围护结构的热工物理模型时，假设金属外侧板内表面的环境参数等同于室外计算参数，同时不考虑金属面岩棉夹心板的金属面层对热工性能的影响。金属面岩棉夹心板的幅宽为1150mm，槽口PVC龙骨壁厚3mm，内表面传热阻R_i=0.11m²·K/W，外表面换热阻R_e=0.04m²·K/W，修正系数Φ=0.93（λ₂/λ₁=0.314）。对上述2种外墙内保温方案按一维稳态进行热工计算，其传热阻计算结果见表1。其中，热阻R=δ/λ，平均热阻=，传热阻Ro=R_i+∑R+R_e。

表1 外墙内保温方案的传热阻

外墙内保温方案的传热阻

从表1的计算结果来看，方案1和方案2的传热阻均高于节能传热阻。如果屋面采用同样方案，也基本符合节能传热阻的要求。采用金属面保温夹心板进行装饰时，门窗框、保温夹心板插接槽口、相互垂直的墙体以及墙体与天花板和地板的接缝等部位热流密集，内表面温度较低，可能产生程度不同的结露现象，因此，需要对这些部位的内表面温度进行验算，以便确定其是否低于室内空气露点温度。

在0.2＜门窗墙面积比≤0.3的情况下，按照《公共建筑节能设计标准》的要求，门窗传热系数为2.0W（/m²·K）＜K≤2.5W（/m²·K），其传热阻与厚度为75mm的胶合板接近，门窗框部位的热桥胁宽与结构厚度比α/δ＞1.5，其内表面温度。在保温夹心板插接槽口填实保温材料的情况下，方案1的插接槽口部位类似《民用建筑热工设计规范》（GB50176—1993）中的a形式热桥，方案2类似c形式热桥，α/δ≤1.5，保温夹心板插接槽口部位的内表面温度，其中方案1的修正系数η=0.12，方案2的修正系数η=0.25。保温夹心板一般采用金属角铁固定，垂直交界处的接缝无法用发泡型填缝胶完全密封，因此存在缝隙。方案1和方案2的缝隙物理模型分别见图3和图4。按热流密度计算缝隙部位的内表面温度，空气与钢板的表面换热系数为3~10W（/m²·K），内表面传热系数α₁=8W（/m²·K），空气间层传热系数α₂=4W（/m²·K）。上述3种形式的热桥部位内表面温度的计算结果见表2。